IPv6 視 訊 與 語 音 在 電 子 化 健 康 照 護 之 應 用 The application of Audio and video over IPv6 networks for e-healthcare. 詹 茂 源 亞 洲 大 學 電 腦 與 通 訊 研 究 所 redhat_p122@yahoo.com.tw 黃 秀 園 亞 洲 大 學 電 腦 與 通 訊 研 究 所 syhuang@asia.edu.tw 摘 要 本 文 研 究 主 要 探 討 IPv6 結 合 嵌 入 式 系 統 應 用 於 居 家 照 護, 由 於 IPv6 位 址 多 具 有 高 移 動 性 提 供 影 音 多 媒 體 更 佳 支 援 容 易 擴 充 強 化 安 全 性 等, 並 結 合 嵌 入 式 系 統 的 優 點 開 發 系 統 小 成 本 低 移 動 性 佳, 而 更 容 易 建 立 一 個 視 訊 與 語 音 電 子 化 之 健 康 照 護 環 境 平 台, 在 系 統 中 利 用 VoIP 設 備 透 過 無 線 網 路 連 上 Internet 與 家 人 或 醫 生 做 遠 端 的 視 訊 與 語 音 溝 通, 在 家 人 方 面, 任 何 時 刻 都 可 以 和 家 人 做 連 繫, 問 其 所 需, 隨 時 解 決 在 家 受 照 護 者 的 需 求 ; 在 醫 院 方 面, 當 病 人 有 問 題 要 詢 問 醫 生 時, 直 接 透 過 視 訊 和 語 音 與 遠 端 的 醫 生 做 溝 通, 來 達 到 電 子 照 護 的 成 效, 進 而 解 決 病 人 的 問 題 關 鍵 詞 :IPv6 居 家 照 護 嵌 入 式 系 統 VoIP Abstract This paper focus on developing Internet Protocol Version 6 (IPv6) with embedded system for home healthcare applications due to its advantages of lower costs higher mobility more IP address better personal privacy, and most important easier video/audio expansion with Voice over IP (VoIP) network service for remote medical consultation with doctor. This system is also helpful to contact with his (or her) families anytime, anywhere for special requests and with his (or her) doctor while in hospital for instant consultation for better and effective care purposes. Keywords:IPv6 Home-care Embedded System VoIP 1 緒 論 近 幾 年 來, 台 灣 地 區 由 於 公 共 衛 生 水 準 提 升, 醫 療 科 技 進 步, 生 活 型 態 的 改 變, 平 均 壽 命 延 長, 根 據 台 灣 衛 生 署 網 路 資 料,65 歲 以 上 老 年 人 口 在 民 國 93 年 時 約 為 210 萬 人, 約 佔 總 人 口 之 9%; 且 預 計 在 民 國 125 年 時 將 增 加 至 557 萬 人, 約 佔 總 人 口 之 21.53% 老 年 人 口 比 率 之 增 加 及 疾 病 型 態 之 改 變, 使 得 健 康 照 護 內 容 更 擴 展 至 慢 性 疾 病 的 復 許 多 的 慢 性 疾 病, 諸 如 : 腦 血 管 疾 病 心 臟 疾 病 糖 尿 病 腎 炎 腎 症 候 群 及 腎 變 性 病 高 血 壓 性 疾 病 氣 喘... 等, 早 期 症 狀 並 不 明 顯, 忽 略 平 時 健 康 生 活 習 慣 的 培 養, 忘 了 做 定 期 健 康 檢 查, 慢 慢 的... 傷 害 了 身 體, 等 到 有 症 狀 發 生, 緊 急 就 醫 處 理, 多 少 會 造 成 對 身 體 的 傷 害, 所 以 需 要 有 穩 定 的 經 濟 及 可 靠 的 醫 療 護 理 配 套, 長 者 才 可 安 享 晚 年, 但 隨 著 人 口 老 化, 單 靠 福 利 制 度 去 支 持 長 者 的 生 活, 對 社 會 必 是 沉 重 的 承 擔 政 府 與 民 間 須 協 力 及 早 研 究 可 持 續 及 社 會 可 承 擔 的 退 休 保 障 及 長 期 護 理 融 資 方 案, 為 人 口 老 化 的 高 峰 期 及 早 作 出 準 備 基 於 社 會 服 務 的 需 求 日 益 增 加, 人 口 結 構 的 變 化 及 人 口 高 齡 化, 社 會 家 庭 及 個 人 問 題 越 趨 複 雜, 因 此 許 多 關 於 老 年 人 的 社 會 問 題 便 衍 生 出 來, 而 老 人 的 安 養 問 題 便 是 其 中 一 個 重 要 課 題 根 據 衛 生 署 所 網 站 所 公 佈 的 老 年 人 十 大 死 因 中 以 慢 性 疾 病 或 退 化 性 疾 病 為 主, 如 下 表 1 所 示 [3] - 1 -
( 表 1: 十 大 慢 性 疾 病 的 死 因 ) 死 亡 原 因 死 亡 人 數 每 十 萬 人 口 死 死 亡 百 分 比 % 亡 率 所 有 死 亡 原 因 88,291 4166.43 100.00 惡 性 腫 瘤 21,710 1024.49 24.59 心 臟 疾 病 9,963 470.15 11.28 腦 血 管 疾 病 9,443 445.61 10.70 糖 尿 病 7,050 332.69 7.98 肺 炎 4,852 228.96 5.50 腎 炎 腎 徵 候 群 及 腎 性 病 變 3,839 181.16 4.35 事 故 傷 害 2,454 115.80 2.78 慢 性 肝 病 及 肝 硬 化 2,128 100.42 2.41 高 血 壓 性 疾 病 1,566 73.90 1.77 支 氣 管 炎 肺 氣 腫 及 氣 喘 1,158 54.65 1.31 其 他 24,128 1138.59 27.33 上 表 所 顯 示 的 疾 病 都 需 要 長 期 的 照 護 與 治 療, 然 而 醫 療 機 構 主 要 工 作 是 以 緊 急 醫 治 為 主, 而 對 於 需 要 長 期 照 護 的 病 患, 礙 於 現 實 狀 況 的 考 量 ( 如 : 病 床 數 量 醫 療 資 源 患 者 身 心 情 況 等 ), 所 以 這 些 病 人 並 不 適 合 在 醫 院 做 長 期 的 治 療, 通 常 是 以 經 常 性 的 門 診 方 式 進 行 治 療, 但 患 者 需 往 來 於 家 中 與 醫 院 之 間, 不 僅 不 方 便, 安 全 上 也 需 有 所 顧 慮, 而 造 成 醫 療 資 源 上 的 負 擔, 所 以 遠 距 居 家 照 護 的 觀 念 便 衍 生 出 來 而 所 謂 的 遠 距 居 家 照 護 系 統 是 指 將 資 訊 網 路 科 技 運 用 於 醫 療 照 護 上, 打 破 了 空 間 與 時 間 設 限, 讓 病 人 可 在 居 家 的 環 境 中, 透 過 遠 端 電 子 化 健 康 照 護 系 統, 使 醫 生 或 專 業 醫 療 人 員 在 遠 端 也 能 夠 即 時 掌 握 病 人 的 各 種 生 理 狀 況 對 於 居 家 老 人 或 病 患 而 言, 若 能 透 過 遠 距 居 家 照 護 系 統 的 協 助 照 護, 不 僅 節 省 往 返 醫 院 的 時 間 與 金 錢, 親 人 也 不 必 時 時 陪 在 身 邊, 並 減 低 醫 療 照 護 機 構 的 成 本 [7,8] 前 的 狀 況 基 於 個 別 化 需 求 與 人 性 化 關 懷, 提 供 更 便 捷 服 務, 結 合 IPv6 視 訊 與 語 音 的 技 術, 可 以 使 家 人 不 受 時 空 限 制, 能 快 速 方 便 隱 密 的 探 望 親 人 的 狀 況 並 能 與 之 交 談, 如 : 通 知 家 中 的 親 人 吃 藥 詢 問 家 中 狀 況 等, 促 進 親 人 之 間 的 親 情 維 繫 ; 在 醫 院 方 面 能 夠 提 供 病 人 與 醫 生 之 間 的 即 時 視 訊 與 語 音 的 溝 通, 促 使 醫 生 能 夠 隨 時 掌 握 病 情 2.2 研 究 目 的 以 發 展 數 位 家 庭 照 護 為 宗 旨, 以 嵌 入 式 系 統 (Embedded System) 結 合 IPv6 網 路 系 統 傳 送 語 音 與 訊 視 資 料, 讓 受 照 護 者 在 家 時 可 以 隨 時 掌 握 自 己 的 身 體 狀 態, 以 至 於 親 友 也 可 利 用 資 訊 網 路 的 便 利 察 覺 受 照 護 者 的 異 狀, 一 有 異 常 馬 上 求 救, 讓 家 人 能 多 一 份 安 心, 更 能 讓 受 照 護 者 能 多 一 份 安 全 保 障 除 此 之 外, 省 去 往 來 醫 院 舟 車 勞 頓 之 苦, 配 合 遠 距 醫 療 系 統 就 可 隨 時 掌 握 治 療 的 先 機, 就 算 在 家 的 時 候 身 體 臨 時 出 了 毛 病 也 可 以 迅 速 發 現 問 題, 及 時 獲 得 治 療 [1, 2] 3 IPv6 居 家 照 護 網 路 電 子 化 建 置 由 於 一 些 長 期 慢 性 病 患 需 經 常 性 到 醫 院 做 門 診 與 醫 療, 所 以 需 結 合 遠 距 醫 療 照 護 系 統 來 改 善 ; 本 篇 目 的 是 在 嵌 入 式 系 統 中 寫 入 VoIP 語 音 與 視 訊 程 式, 利 用 IPv6 網 路 來 傳 送 生 理 訊 息 的 資 料, 做 為 醫 師 與 病 患 溝 通 與 咨 詢 的 橋 梁, 而 達 到 即 時 掌 握 病 人 的 生 理 狀 況, 或 者 老 人 或 小 孩 單 獨 在 家 時, 有 事 要 通 知 ( 如 : 吃 藥 的 時 間 到 了 事 情 連 繫 居 家 照 護 等 ), 遠 端 家 屬 都 可 以 透 過 這 套 系 統 來 溝 通 與 照 護, 不 僅 可 以 增 進 家 人 之 間 的 親 情 連 繫, 進 而 實 現 電 子 親 人 與 電 子 照 護 的 情 境 [9] 以 下 是 完 整 架 構 圖 : 2 研 究 動 機 與 目 的 2.1 研 究 動 機 現 代 社 會 變 遷 快 速, 子 女 們 工 作 忙 碌, 常 不 在 父 母 親 身 邊, 而 使 親 情 的 連 繫 變 的 薄 弱, 當 家 中 發 生 事 情 時, 沒 辦 法 與 親 人 做 即 時 處 連 繫 與 處 理 ; 在 醫 療 機 構 方 面, 沒 辦 法 直 接 與 醫 生 做 溝 通, 常 需 等 待 醫 生 來 看 診 時, 才 能 與 醫 生 做 醫 療 的 咨 詢, 沒 辦 法 即 時 了 解 該 病 人 的 目 ( 圖 1 完 整 的 數 位 居 家 健 康 照 護 系 統 ) - 2 -
3.1 VoIP/Vedio 及 IPv6 結 合 e-healthcare 系 統 能 與 遠 距 離 的 親 人 醫 生 與 專 業 照 護 人 員 做 視 訊 與 語 音 的 談 話, 來 達 到 與 親 人 醫 生 與 專 業 照 護 人 員 之 間 的 溝 通 與 咨 詢, 進 而 實 現 電 子 親 人 與 電 子 照 護 的 情 境 3.3 VoIP/Vedio 及 IPv6 網 路 居 家 隔 離 照 護 系 統 當 發 生 有 緊 急 傳 染 病 時, 如 :SARS 腸 病 毒 等, 需 要 做 隔 離 的 時 候, 醫 生 專 業 的 照 護 人 員 家 人, 便 可 以 透 過 遠 端 視 訊 來 觀 察 病 人 目 前 的 身 體 狀 況, 並 透 過 語 音 來 傳 達 訊 息, 而 達 到 遠 端 照 護 的 情 境, 而 使 傳 染 降 到 最 低, 達 到 控 制 病 情 的 成 效 ( 圖 4 VoIP/Vedio 及 IPv6 網 路 居 家 隔 離 照 護 系 統 架 構 圖 ) ( 圖 2 VoIP/Vedio 及 IPv6 網 路 結 合 e-healthcare 系 統 ) 3.2 VoIP/Vedio 及 IPv6 網 路 健 康 照 護 提 醒 系 統 由 於 患 者 常 會 忘 記 吃 藥 與 睡 覺 的 時 間, 所 以 當 吃 藥 與 睡 覺 的 時 間 到 時, 家 人 或 照 護 人 員 將 透 過 VoIP 語 音 與 視 訊 來 提 醒 病 人 該 吃 藥 與 睡 覺 由 於 介 面 簡 單, 當 家 人 打 給 患 者 時, 只 需 要 點 一 下 接 通,VoIP 的 語 音 就 會 啟 動, 而 達 到 溝 通 咨 詢 的 效 果, 如 果 患 者 要 撥 打 出 去, 會 預 先 設 定 幾 組 他 常 聯 絡 的 電 話, 只 要 點 選 便 可 以 與 其 他 人 溝 通, 而 達 到 居 家 照 護 的 成 效 [6] 4 IPv6 視 訊 與 語 音 在 嵌 入 式 系 統 上 的 實 作 4.1 硬 體 部 份 使 用 SBC-2410X 是 基 於 三 星 公 司 的 ARM 處 理 器 S3C2410X, 採 用 六 層 板 設 計 S3C2410X 使 用 ARM920T 核 心, 內 部 帶 有 全 性 能 的 MMU(RAM 處 理 單 元 ), 它 適 於 設 計 移 動 手 持 設 備 類 產 品, 具 有 高 性 低 粍 電 量 介 面 豐 富 和 體 積 小 等 優 良 特 性 SBC-2410X 正 是 基 於 此 晶 片 本 身 的 各 種 特 點 而 設 計 SBC-2410X 在 盡 可 能 小 的 板 面 上 ( 120mm 90mm) 集 成 了 64m SDRAM 64M Nand Flash 1M Boot Flash RJ-45 網 卡 音 頻 輸 入 與 輸 出 USB Host USB slave 標 準 串 口 SD 卡 插 座 用 戶 按 鍵 和 一 些 用 戶 燈 等 設 備 介 面, 並 且 使 用 2.0mm 插 針 槽 引 出 CPU 的 大 部 分 信 號 引 腳, 不 僅 可 以 作 為 嵌 入 式 電 腦 系 統 的 一 個 主 板 模 組, 而 且 適 合 於 項 目 或 產 品 的 原 型 設 計 ( 圖 3 VoIP/Vedio 及 IPv6 網 路 健 康 照 護 提 醒 系 統 架 構 圖 - 3 -
可 透 過 觸 控 式 螢 幕, 點 選 網 路 電 話 與 視 訊 服 務, 操 作 方 便, 而 嵌 入 式 系 統 會 透 過 的 網 路 來 連 結 到 Internet, 再 結 合 IPv6 router 來 傳 送 使 用 者 的 影 像 和 聲 音, 來 達 到 與 遠 端 親 人 或 醫 生 實 際 溝 通 成 效 [11,12,13] ( 圖 5 SBC-2410 硬 體 設 備 概 圖 ) 4.2 軟 體 部 份 在 軟 體 上, 使 用 的 是 韓 國 mizi 公 司 所 公 佈 的 免 費 嵌 入 式 Arm-linux 作 業 系 統, 基 於 該 平 台 及 其 開 發 工 具 包, 其 中 編 寫 和 移 植 了 豐 富 的 軟 體 供 用 戶 使 用 和 參 考, 如 mp3 播 放 器 媒 體 播 放 器 web 服 務 器 FTP/Telnet 服 務 器 等 它 是 多 人 多 工 系 統, 且 支 援 IPv6 的 網 路 架 構 系 統, 頻 寬 足 夠, 解 決 傳 送 視 訊 與 語 音 會 有 的 問 題, 例 如 : 語 音 的 斷 斷 續 續 影 像 的 傳 送 延 遲 等, 而 去 建 立 一 個 視 訊 與 語 音 電 子 化 之 健 康 照 護 環 境 ( 圖 7 IPv6 結 合 嵌 入 式 系 統 之 VoIP 與 視 訊 應 用 架 構 圖 ) 4.3 預 期 成 果 當 思 念 親 人 時, 可 以 利 用 嵌 入 式 系 統 裡 的 linux 系 統 再 結 合 VoIP 的 語 音 與 視 訊 設 備 透 過 IPv6 的 網 路 節 點, 在 IPv6 的 Router 進 行 傳 送, 解 決 了 語 音 與 視 訊 的 延 遲 延, 並 連 上 Internet 與 家 中 親 人 做 遠 端 的 視 訊 與 語 音 溝 通, 任 何 時 刻 都 可 以 和 家 人 做 連 繫, 問 其 所 需, 隨 時 解 決 在 家 受 照 護 者 的 需 求, 並 增 進 親 人 之 間 的 感 情 [4,5] 當 病 人 有 問 題 要 詢 問 醫 生 時, 可 以 直 接 透 過 視 訊 和 語 音 與 遠 端 的 醫 生 做 溝 通, 來 達 到 電 子 照 護 的 成 效, 以 解 決 病 人 的 問 題 ; 這 樣 醫 生 或 親 人 就 不 用 一 直 跑 來 跑 去 的 關 心 或 詢 問, 可 以 縮 短 許 多 的 時 間 ( 圖 6 作 業 系 統 Linux 的 開 發 環 境 ) 4.3 應 用 與 研 發 過 程 由 於 嵌 入 式 系 統 小 開 發 成 本 低 移 動 性 佳, 在 linux 作 業 系 統 下, 將 VoIP 語 音 與 視 訊 的 程 式, 寫 入 嵌 入 式 系 統 之 韌 體, 使 用 者 便 當 有 急 性 傳 感 病 時, 需 要 做 居 家 隔 離, 如 :SARS 禽 流 感 等, 便 可 以 利 用 電 腦 VoIP 的 語 音 與 視 訊 設 備 連 上 Internet 與 家 人 醫 生 做 遠 端 的 視 訊 與 言 語 的 溝 通, 而 解 決 家 人 與 醫 生 需 直 接 和 病 患 直 接 面 對 面 的 問 題, 不 止 解 決 親 情 間 的 相 思 之 苦, 並 降 低 傳 染 的 可 能 性 - 4 -
( 四 ) 在 此, 希 望 本 篇 的 發 表 文 章 有 助 於 本 國 推 動 IPv6 網 路 的 發 展 有 所 貢 獻, 並 在 數 位 電 子 化 居 家 照 護 中 也 能 夠 盡 一 份 心 力, 同 時 期 許 對 此 有 相 關 領 域 的 研 究 的 人 員, 能 夠 有 些 許 的 貢 獻 6 致 謝 在 這 感 謝 黃 秀 園 教 授 與 陳 永 進 教 授 的 指 導, 還 有 3635 同 學 與 學 弟 們 提 供 相 當 寶 貴 的 意 見, 在 此 致 上 十 二 萬 分 的 感 謝 7 參 考 文 獻 [1] 2002 嵌 入 式 系 統 開 發 聖 經, 探 矽 工 作 室, 2004 年 7 月 ( 圖 8 嵌 入 式 系 統 實 作 研 發 圖 ) 5 結 論 與 展 望 將 資 訊 科 技 與 網 路 技 術 與 居 家 照 護 做 結 合, 打 造 實 現 電 子 化 健 康 照 護 的 環 境, 將 完 成 下 列 幾 項 成 果 : ( 一 ) 以 IPv6 網 路 基 礎 並 發 展 數 位 居 家 健 康 照 護 系 統, 提 供 人 們 個 別 化 的 需 求 與 人 性 的 關 愛, 發 展 遠 端 視 訊 的 探 望 與 語 音 的 關 心, 建 立 人 與 人 間 的 溝 通 與 關 懷, 打 破 了 時 間 和 空 間 的 概 念 限 制, 能 很 方 便 與 家 人 醫 生 與 專 業 的 照 護 人 員 進 行 咨 詢 與 關 愛, 促 進 家 人 與 家 屬 之 間 的 親 情 維 繫 ; 醫 生 與 病 人 可 以 做 直 接 的 醫 療 詢 問 ; 不 僅 節 省 奔 波 時 間, 並 減 低 醫 療 與 照 護 機 構 的 成 本 ( 二 ) 以 IPv 網 路 基 礎 建 設, 應 用 於 數 位 居 家 照 護 中, 由 於 IPv6 位 址 多 高 移 動 性 安 全 性 高 提 供 影 音 多 媒 體 更 佳 的 支 援 容 易 擴 充, 以 及 IP 位 址 固 定 等 的 各 項 優 點 當 每 個 人 的 IP 位 址 固 定 時, 就 可 以 直 接 與 對 方 做 遠 端 直 接 連 線 與 溝 通, 以 後 就 以 IP 做 為 身 份 的 辨 認 ; 由 於 視 訊 與 語 音 是 屬 於 多 媒 體 部 份, 而 在 IPv6 它 提 供 了 更 多 的 多 媒 體 的 支 援, 解 決 了 視 訊 與 語 音 上 的 延 遲 [10] ( 三 ) 使 用 嵌 入 式 系 統 小 成 本 低 移 動 性 佳, 在 嵌 入 式 系 統 中 開 發 視 訊 與 語 音 的 軟 體, 當 受 照 護 者 要 去 哪 個 地 方 時, 可 以 隨 身 攜 帶, 只 要 有 網 路, 再 配 合 每 個 人 在 IPv6 網 路 上 有 固 定 IP 並 可 以 隨 插 即 用, 不 管 到 哪 都 可 以 連 繫 與 照 護, 解 決 了 時 間 空 間 的 問 題, 進 而 建 立 一 個 電 子 化 居 家 照 護 環 境 [2] IPv6 新 世 代 網 際 網 路 協 定 暨 整 合 技 術, 旗 標 出 版 股 份 有 限 公 司, 7 月,2004 [3] 行 政 院 衛 生 署 衛 生 統 計 資 訊 網 http://www.doh.gov.tw/statistic/data/ 性 別 統 計 指 標 / 性 別 統 計 指 標 / 主 要 癌 症 死 [4] 張 凱 雄, 嵌 入 式 心 電 圖 量 測 系 統 設 計 及 其 在 遠 距 個 人 保 健 上 之 應 用, 國 立 成 功 大 學 電 機 工 程 學 系 碩 士 論 文, 6 月,2003 [5] 電 腦 網 際 網 路, 全 華 科 技 圖 書, 12 月, 2003 [6] 帝 希 科 技, 打 造 VOIP 完 全 時 代, 網 路 通 訊 CONNECTIMES 139 期,Feb 2003. [7] 涂 清 源, 建 構 無 線 傳 輸 與 網 際 網 路 之 居 家 看 護 系 統, 私 立 中 原 大 學 醫 學 工 程 學 系 碩 士 論 文, 民 國 91 年 [8] 白 振 詳, 架 構 於 Web 服 務 藍 芽 與 GSM 簡 訊 之 居 家 健 康 照 護 系 統 設 計 與 實 現, 國 立 台 北 科 技 大 學 機 電 整 合 研 究 所 碩 士 論 文, 民 國 91 年 [9] 林 宗 翰, 一 個 整 合 心 電 圖 壓 縮 與 錯 誤 保 護 之 機 制 及 其 在 居 家 照 護 系 統 中 藍 芽 傳 輸 之 應 用, 中 原 大 學 電 子 工 程 學 系 碩 士 學 位 論 文, 民 國 93 年 [10] 黃 建 良, 在 IPv6 環 境 下 以 H.323 為 基 礎 之 VoIP 移 植 研 究, 國 立 中 正 大 學 資 訊 工 程 系 碩 士 論 文, 民 國 93 年 [11] R. H. Hwang and J. M. Hsu, Development of E-learning and VoIP over IPv6, The 1st Global IPv6 Summit in AP, Taipei, - 5 -
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